UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA

FACULTAD DE CIENCIAS FARMACÉUTICAS, BIOQUÍMICAS Y BIOTECNOLÓGICAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA BIOTECNOLÓGICA

HOJA DE EVALUACIÓN

Asignatura: FISICOQUÍMICA (Prácticas)

REPORTES CON FORMATO DE ARTÍCULO CIENTÍFICO

REPORTE Nº 3:

Grupo de Prácticas: 04

Grupo Código alumno APELLIDOS Y NOMBRES

04

2014102082 Carpio Paucar, Génesis Nicole2014101182 Medina Chávez, Yohiss del Rocío2014202952 Palo Cárdenas, Andrea2014221132 Palo Zegarra, Melanie Allison

ASPECTOS A EVALUARSE PORCENTAJE CALIFICACIÓN

1. Presentación del trabajo 10%

2. Metodología Experimental 20%

3. Resultados y Discusión 40%

4. Conclusiones y Recomendaciones 10%

5. Referencias Bibliográficas. 10%

6. Anexos. 10%

CALIFICACIÓN FINAL: ………………………………….

FECHA DE ENTREGA: 23 de Abril del 2015

ARTÍCULO CIENTÍFICO

1. TÍTULO DEL ARTÍCULO:

Determinación del cociente de capacidades caloríficas (γ ) de gases

2. AUTORES:

- Carpio Paucar, Génesis Nicole- Medina Chávez, Yohiss del Rocío- Palo Cárdenas, Andrea- Palo Zegarra, Melanie Allison

3. RESUMEN:

En esta experiencia trataremos de hallar el cociente de capacidad calorífica de los gases; pero para eso necesitamos conocer otros datos, que serán experimentales, y así poder hallar nuestro dato principal mediante la aplicación de modelos matemáticos. Para esto necesitamos medir la presión y en este caso utilizaremos un equipo para ello. Este equipo se manejará con cuidado debido a que el mal manejo de cualquier válvula puede provocar daños. Seguiremos el procedimiento dado por el profesor en el aula, aunque debido a problemas con compresora no se realizara prácticamente solo teóricamente, ya explicado y al terminar el equipo nos arrojará los resultados; correspondientes a la práctica. Lo demás podremos hallarlo con fórmulas.

4. ABSTRACT:

In this experiment we will try to find the ratio of heat capacity of gases; but we need to know other data, to be experimental, so we can find our main data by applying mathematical models. This need to measure pressure and in this case a computer to use it. This equipment will be handled with care because the mismanagement of any valve can cause damage. Follow the procedure given by the teacher in the classroom, but due to problems with compressor not be held virtually alone theoretically explained and at the end the team we will deliver the results; corresponding to the practice. What else can find it with formulas.

5. INTRODUCCIÓN:

La cantidad de calor que debe absorber un sistema para incrementar su temperatura en 1grado se denomina capacidad calorífica. De acuerdo con el primer principio de la termodinámica, puede definirse entonces la capacidad calorífica a volumen constante de1 mol de sustancia como la variación de la energía interna del sistema con la temperatura:

C v=(∂U∂T

) v

.Esta variación de energía por efectos exclusivamente térmicos tiene en cuenta los diversos modos internos a través de los cuales las moléculas almacenan dicha energía individualmente. En un gas, por ejemplo, una gran parte de la energía interna del sistema estará asociada al movimiento aleatorio de traslación que experimentan las partículas presentes. Además de los modos traslacionales, las moléculas pueden almacenar energía en modos internos asociados a la vibración y a la rotación molecular o a la excitación de modos electrónicos o nucleares. En un sistema con capacidad calorífica pequeña, las moléculas son poco eficientes para almacenar la energía entregada en modos internos y sólo lo pueden hacer modificando su velocidad, es decir, su energía cinética, lo que produce un aumento de la temperatura. De manera análoga, se puede definir una capacidad calorífica a presión constante como la variación de entalpía correspondiente:

C p=( ∂U∂T

) p

Para medir la capacidad calorífica de un sistema de manera directa se requiere de ciertos cuidados, debido a que necesariamente los datos experimentales del calor intercambiado deben derivarse con respecto a T. Experimentalmente, resulta más accesible en sistemas gaseosos medir el cociente de las capacidades caloríficas a presión y a volumen constantes,γ=C p/C v. La cantidadγ  Conserva la información sobre la estructura interna de las moléculas que componen el gas. Uno de los métodos experimentales más usados para determinar el valor de γconsiste en medir la velocidad con que se transmite el sonido en ese medio. Como veremos más adelante, la velocidad del sonido puede relacionarse con el cociente de capacidades caloríficas a través de cálculos termodinámicos.

6. FUNDAMENTO TEÓRICO:

La palabra termodinámica se origina del griego y significa literalmente el estudio de las fuerzas (dynamis; dunamiz) que originan el calor (thermo; termh). Hoy en día esta traducción no tiene mucho que ver con la esencia de lo que estudiamos bajo el concepto de termodinámica. La definición original ya no es válida pues la termodinámica no sólo estudia el calor, sino todo tipo de formas de energía (mecánica, eléctrica, química, nuclear, etc.). “La termodinámica es la ciencia que estudia las transformaciones energéticas”1 .

Es posible conocer las transferencias de calor que un sistema experimental, al medir los cambios de temperatura, sabiendo la masa y el calor específico de aquella sustancia. El producto de la masa y el calor específico, origina la capacidad calorífica, lo que hace posible medir la transferencia de calor con sólo la temperatura y su capacidad calorífica.Las capacidades caloríficas se representan desde un inicio con las Ecuaciones 1 y 2 en donde Cv y Cp y es igual al cambio de energía sobre la diferencia de temperatura final menos la inicial en kelvin

Cv=∆U∆T

(1 )Cp=∆ H∆T

(2)

Las unidades finales para ambas ecuaciones seria J/Kg.K

La capacidad calorífica para un gas ideal se define como la capacidad de presión menos la capacidad de volumen representada en la Ecuación 3

Cp−Cv=R (¿8.31JKmol)(3)

Cuando se busca la capacidad calorífica en un sistema adiabático la Presión 1 es mayor a Presion 3

Y también el Volumen 3 es mayor a el Volumen 1 y donde ambas temperaturas son iguales la calor es constante no hay perdida ni ganancia

En pocas palabras al aumentar la masa de una sustancia, se aumenta su capacidad calorífica ya que aumenta la inercia térmica, y con ello aumenta la dificultad de la sustancia para variar su temperatura

7. MATERIALES Y MÉTODOS:

INSTRUMENTOS

- Una botella( damajuana) que utilizaremos para ejecutar la expansión adiabática del gas bajo estudio

- Un Manómetro diferencial abierto lleno de aceite con densidad menor que el agua ( utilizaremos aceite de auto) determinada previamente

- Un cilindro de gas en estudio

- Un vaso con agua.

- Los gases que utilizaremos seránN2, CO2y aire

MÉTODOS

1. Cierre la llave B y abra La C2. Abra lentamente la llave A de tal forma que observe burbujeo en el vaso

de agua3. Deje circular gas aprox. Unos 10 minutos para asegurar que el gas llene

por completo el interior de la botella4. Cierre la llave C que conecta la botella con el vaso de agua 5. Cierre la llave A que alimenta el gas bajo estudio6. Abra la llave B lentamente para conectar con el manómetro7. Abra la llave A y haga pasar gas por la botella hasta que la diferencia de

altura en el manómetro sea aproximadamente de 70 cm8. Espere que el manómetro se estabilice y determine las alturas H 1y H 2

Esta lectura corresponderá a la presión P1 que es un poco más alta que la presión atmosférica.

9. Ejecute la expansión del gas removiendo el tapón rápidamente para dejar escapar un volumen de gas y tápelo nuevamente. Espere a que el manómetro se estabilice y determine dos nuevas alturas H } rsub {1¿y H } rsub {2} ¿cuya lectura corresponderá a la presión P3

10.Al remover el tapón de la botella la presión P1 se reduce momentáneamente a la presión atmosférica P2.

11.Determine 1. Presión P2 utilizando el barómetro.12.Finalmente cierre la llave A13.Repita los pasos para completar tres repeticiones para cada gas14.Reemplace con otro gas y repita el procedimiento.

8. RESULTADOS:

En esta práctica, se logró conocer una de las aplicaciones de la Termodinámica, comprender completamente la capacidad calorífica ( en este caso del N2 , propano y aire ) , así como las diferentes ecuaciones por medio de la expansión adiabática . Nos familiarizamos con nuevos términos importantes en el campo de la Termodinámica a si mismo , fuimos capaces de observar un sistema compuesto de una Fuente de gas , agua , y un manómetro que nos facilitó la comprensión del tema en cuestión .

9. DISCUSION: Si bien pudimos observar el sistema , este no estaba apto para su uso pues faltaba una compresora para que impulsara el gas y este sistema funcionara eficientemente , no obstante , la explicación detalla que nos brindaron fue más que suficiente para poder entender y comprender el funcionamiento de este sistema .

10.CONCLUSIONES:

Esta práctica fue clara en respecto a una de las aplicaciones más importantes de la Termodinámica como es la Capacidad Calorífica tanto como de Volumen ( Cv ) como de Presión (Cp) , ahora somos conscientes del porqué de cada ecuación ya que las tomamos desde sus inicios , conocimos también algunas características de gases monoatómicos , diatónicos y poliatomicos , observamos el sistema en donde se pudo entender el funcionamiento y el porque de este cociente de capacidad Calorífica , y si bien es cierto no tuvimos la oportunidad de usarlo , por falta de material , podemos concluir diciendo que esta práctica fue muy explicativa .

11.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:-La Real Academia de la Lengua Española1

12.AUTOR(ES):-RODRIGUEZ , JORGE . Introduccion a la Termodinamica , Primera Edicion

13.WEBGRAFIA:-http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADfica

14.ANEXOS

1. Cociente de capacidad calorífica

ƍ= cpcv

Para una Presión y Volumen Constante (5)

Las capacidades Cv y Cp Relaciones de cambios energéticos T aumenta

Cv = ∆U∆T

(1)

∆U=cambios deenergia∆T=cambiode temperatura internoT 2−T 1

Para un gas ideal, la Capacidad Calorífica (Cp)

Cp= Cu=n R Donde n = 1 mol

La capacidad calorífica se define como:

Cp- Cv= R (4)

2. Para gases monoatómicos : basado en Mecánica Cinética

Argón Todos los gases nobles

Cv= 32

R (12)

3. Para gases Diatómicos: O2 ,H 2 ,N2 1,167 ƍ (densidad) (11)

Para gases Poliatómicos:

Ozono 1,667ƍ

4. La ecuación ( 11) puede ser utilizada para determinar el cociente de capacidad Calorífica utilizando los estados de gas

Donde:

P1 ,V 1 ,T 1 Primera Parte Presión que se presuriza inicialP3, V 3 ,T 3 Segunda Parte Presión FinalP2 P. atmosférica Obtenido de tablas o Barómetro

5. Adiabática

P1> P3 P1ES MAYOR

V 1< V 3 V 3 ESMAYOR

T 1= T 3

Adiabático calor constante donde no hay perdida ni ganancia

P2= Tabla para 570 mmHg Arequipa

T= 91° C (ebullición del H 2 O)

Para Arequipa 91 °C + 273,15 K= 364,15 K

6. Para que sea Adiabático: Se abre y cierra las llaves rápido ( punto 9 del procedimiento)

Cálculos

1. Determinación de diferencias de alturas de manómetro

∆ h=h2 - h1

∆h = 20,1 cm

2. Dterminacion de las presiones en “cmHg”

PHg=¿¿ Paceite x ∆H/ PHg

Densidad del aceite δ=0.93gmol

↔0.84gmol

Densidad delmercurioδ = 13, 59 gmol

PHg= δ aceite x∆ h1

δHg

PHg=

0.93 gmol

x20.1cm

13.89 gmol

PHg=1.38 cmHg

3. Presión en mmHg

1,38cmHg x 10=13,88→P.Manométrica

4. Presión del gas en mmHg

P1=¿Patm ¿- Pmanómetrica

P1=¿¿570 mmHg – 13.88 mmHg P1=¿¿ 583,88 mmHg Debe ser mayor la Presión dentro

5. Determinacion de P3 despues de la expansión:

P3=¿ Patm−¿ ¿¿ PManométricaHg

∆ h2 = 2.6 cm → 2.6 cmSe produceal abrir y cerrar rapido lallave D

PHg=¿

δaceite x∆h2

δ Hg

¿

P

Hg=¿(0.93

gmol ) x(2.6cm)

13.59gmol

¿

PHg=0.18cmHg

0.18cmHg= 1.8 mmHg

P3=¿¿1.8 mmHg + 570 mmHg= 571.8 mmHg

6. Determinar de la Patm

T ebullicion= 364,15 K 91℃ +273,15 = 364,15KPatm= 570 mmHg Pa= 75.99

*1mmHg----------- 133.32Pa 570 mmHg--------x

X= 75.99 Pa

7. Determinación Experimental de:

δ=¿P1

P2

¿P1

P3

δ=log

583,88570

log583,88571,8

δ=1,15

8. Determinación Teórica de Capacidad calorífica 1.167 ( Teórico) Determinación de la Capacidad Calorífica Práctica 1,15

C p - C v= 1, 98731 cal/ K nRC p - C v= nR

Cálculos

C v= R

(δ−1 ) C v=

1,98731calK

1.15−1 C v= 13,25

calK

C p- CV=¿¿1,987331calK

C p= 1,987331 + 13, 2486= 15,23593 calK

C p=15,34calK

DondeC p es mayor que C v

C v= 13,25 calK